2.2.1 Agregados
Os agregados correspondem a cerca de 80% do volume global das misturas betuminosas. Estes formam um esqueleto pétreo, que deve ter capacidade de resistir à acção do tráfego.
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Conforme são obtidos os agregados, estes podem classificar-se como naturais ou britados. Os naturais são materiais sedimentares obtidos de extracção directa, os britados são obtidos por fractura mecânica de rochas (Branco, F. et al., 2008).
De acordo com as especificações de produto constantes na norma portuguesa NP EN 13043 (2004, AC: 2010), os agregados aplicados em misturas betuminosas devem ser provenientes da britagem de rochas duras, não alteráveis, ter uma boa forma e serem resistentes à rotura e à degradação induzida pelo efeito de abrasão e de fragmentação do tráfego.
Para determinar as características que são exigidas devem ser analisados aspectos relativamente à granulometria, à resistência, à forma das partículas, à limpeza e adesividade ao ligante, entre outras (Branco, F. et al., 2008; Freire, A. C., 2004). A análise granulométrica dos agregados é efectuada de acordo com a norma europeia EN 933-1 (1997+ A1: 2005). A partir da curva granulométrica é possível obter os coeficientes de uniformidade e de curvatura. A granulometria dos agregados a aplicar nas misturas betuminosas deve ser adequada, ou seja, deve originar uma boa distribuição das cargas, através de um bom imbricamento entre as partículas.
Na norma NP EN 13108-1 (2011) referente às especificações dos materiais aplicados nas misturas betuminosas e na norma NP EN 13043 (2004, AC: 2010) que define as características dos agregados são definidos os requisitos dos fusos granulométricos para as misturas betuminosas a quente consoante o tipo de camada.
Para a mistura betuminosa AC 20 base (MB) o caderno de encargo da EP (CE EP, 2011) recomenda o fuso granulométrico apresentado no Quadro 2.3.
Quadro 2.3 – Fuso granulométrico da mistura AC 20 base (MB) (CE EP, 2011) Peneiros Série Base + Série 2 % Acumulada de material passado
31,5 mm 100 20,0 mm 90-100 12,5 mm 57-86 4,0 mm 34-49 2,0 mm 26-41 0,5 mm 12-26 0,125 mm 4-14 0,063 mm 2-7
13 A determinação da resistência das partículas de agregados é conseguida através da realização do ensaio de desgaste na máquina de Los Angeles de acordo com a norma europeia EN 1097-2 (2010). Os materiais utilizados nas misturas betuminosas devem ser duros, resistentes ao choque, ao atrito e ao desgaste das partículas, produzido pelo tráfego. O ensaio de desgaste consiste em introduzir uma amostra de material no interior da máquina com um determinado número de esferas de aço e aplicar um número de rotações até o material se desgastar e fragmentar até um valor máximo normalizado para o tipo de mistura pretendida.
Para além deste ensaio é usual a realização de um ensaio de polimento acelerado para agregados a aplicar em camadas de desgaste. As partículas devem revelar uma elevada resistência ao polimento (Branco, F. et al., 2008). Este ensaio é realizado com o auxílio do pêndulo britânico de acordo com a norma EN 1097-8 (2009).
A forma das partículas de agregado é outro dos requisitos a cumprir. As partículas devem ter uma forma cúbica e de forma alguma devem ser lamelares ou alongadas (Branco, F. et al., 2008). Conforme o definido nas normas NP EN 933-3 (2011) e EN 933-4 (2008) determinam-se os índices de achatamento e de forma.
Os agregados a aplicar não devem conter matéria orgânica ou quaisquer substâncias estranhas prejudiciais ao desempenho e durabilidade das misturas betuminosas. O ensaio utilizado para determinar o grau de limpeza das partículas é o ensaio de equivalente de areia definido na norma portuguesa NP EN 933-8 (2002) e o ensaio de determinação do valor de azul de metileno aplicando a norma EN 933-9 (2009).
A capacidade de ligação entre os agregados e o betume também é muito importante. É necessário existir uma boa adesividade entre ambos. Através da realização de ensaios de tracção indirecta e determinando a resistência conservada é possível quantificar a adesividade entre os dois materiais. O ensaio deve ser realizado de acordo com a norma EN 12697-12 (2008) ou pela CRD-C 652-95 (1995, antiga MIL- STD-620A) (Batista, F. A. et al., 2008).
A afinidade dos agregados aos ligantes betuminosos é outra das propriedades a avaliar e deve ser determinada segundo a norma EN 12697-11 (2005). Esta propriedade permite conhecer o grau de eficiência da ligação entre o agregado e o ligante. Segundo a norma, a afinidade pode ser determinada através do método da garrafa giratória, do método estático ou do método da água fervente. Contudo o
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resultado obtido não está dependente só das características do agregado mas também das do ligante.
Para além do que foi anteriormente referido, também deve ser avaliada a resistência dos agregados ao choque térmico. Esta propriedade é determinada através da norma EN 1367-5 (2011) e traduz a susceptibilidade do agregado à acção de temperaturas elevadas, simulando as temperaturas a que o mesmo se encontra sujeito na fase de fabrico das misturas betuminosas. O seu desempenho é obtido através da perda de massa e da perda de resistência à fragmentação por Los Angeles.
No Quadro 2.4 indicam-se as principais propriedades dos agregados, a usar na mistura betuminosa AC 20 base (MB), e respectivas normas de ensaio, necessárias à verificação das exigências do caderno de encargos da EP (CE EP, 2011).
Quadro 2.4 – Principais propriedades dos agregados da mistura betuminosa AC 20 base (MB) (CE EP, 2011)
Propriedades Referência
Normativa Unidade
AC 20 base (MB)
Qualidade dos finos EN 933-9 g/kg MBF10
Forma do agregado grosso - Índice de
achatamento NP EN 933-3 - FI30
Percentagens de superfícies esmagadas e
partidas nos agregados grossos NP EN 993-5 % C100/0
Resistência à fragmentação do agregado
grosso, coeficiente Los Angeles EN 1097-2 % LA40
Resistência ao desgaste por atrito do
agregado grosso, coeficiente micro-Deval EN 1097-1 % MDE25
Massa volúmica das partículas NP EN 1097-6 Mg/m3 A declarar
Absorção de água NP EN 1097-6 % ≤2
Baridade NP EN 1097-3 Mg/m3 A declarar
Resistência ao choque térmico EN 1367-5
EN 1097-2 % A declarar
Afinidade dos agregados grossos aos ligantes
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2.2.2 Ligantes betuminosos
O ligante é um componente essencial de uma mistura betuminosa, uma vez que é ele que liga os agregados e fornece coesão e estabilidade à mistura.
Existem diversos tipos de ligantes que podem ser utilizados na composição das misturas betuminosas. Contudo geralmente utilizam-se os betumes asfálticos provenientes da refinação do crude (Teixeira, A., 2000).
O que diferencia o betume asfáltico de outros ligantes é a sua resposta visco-elástica, cujo comportamento varia consoante a velocidade de aplicação das cargas, e a temperatura a que é submetido, o que lhe permite comportar-se quer como um material flexível, com baixo módulo de rigidez e muito deformável, adaptando-se às deformações e assentamentos das camadas do pavimento e da fundação sem fendilhar, quer ter um comportamento estável com elevado módulo e resposta elástica quando submetido às acções do tráfego.
Como o betume tem uma reologia dependente da temperatura e do tempo de carregamento, é necessário aplicar, em cada caso e para cada mistura, o betume compatível para cada situação. Desta forma os betumes aplicados nas misturas betuminosas devem apresentar propriedades que respeitem os requisitos definidos nas normas.
Em Portugal, os betumes mais utilizados nas misturas betuminosas são os betumes de classe de penetração 35/50 e 50/70 para as misturas betuminosas ditas “tradicionais” e os betumes de classe 10/20 para misturas de alto módulo (Miranda, H. M., 2008).
De acordo com a norma EN 12591 (2009) e com o caderno de encargos da EP (CE EP, 2011) as propriedades e exigências de conformidade para cada um dos tipos de betume referidos são as indicadas no Quadro 2.5.
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Quadro 2.5 – Tipo de betume e exigências de conformidade (CE EP, 2011)
Requisitos Propriedades Referência
normativa Unidade Betume de penetração 10/20 Betume de penetração 35/50 Betume de penetração 50/70 Consistência a temperatura de serviço intermédia Penetração a 25ºC NP EN 1426 0,1 mm 10-20 35-50 50-70 Consistência a temperatura de serviço elevada Temperatura de amolecimento NP EN 1427 ºC 60-76 50-58 46-54 Durabilidade (Resistência ao envelhecimento – RTFOT a 163ºC, NP EN 12607-1) Penetração retida NP EN 1426 % ≥ 55 ≥ 53 ≥ 50 Aumento da temperatura de amolecimento NP EN 1427 ºC ≤ 10 ≤ 11 Variação em massa NP EN 12607-1 % ≤ 0,5 ≤ 0,5 Índice de penetração EN 12591, EN 13927 (Anexo A) - -1,5 a +0,7 Temperatura de fragilidade de Fraass EN 12593 ºC A declarar ≤ -5 ≤ -8 Outros requisitos Temperatura de inflamação EN ISO 2592 ºC ≥ 245 ≥ 240 ≥ 230 Viscosidade cinemática a 135º NP EN 12595 mm2/s ≥ 700 ≥ 370 ≥ 295 Teor em parafinas EN 12606-2 % (m/m) - ≤ 4,5 Solubilidade NP EN 12592 % ≥ 99,0
Duas propriedades muito importantes na caracterização de um betume são a penetração e a temperatura de amolecimento pelo método de “anel e bola”.
De acordo com a norma NP EN 1426 (2010) a penetração de um betume corresponde ao valor da penetração a 25ºC que designa o tipo de betume, ou seja, um betume da classe 50/70, no ensaio de penetração a 25ºC durante 5 segundos apresenta uma penetração média de 6 mm. A representação do ensaio de penetração pode ser observada através da Figura 2.2 (Branco, F. et al., 2008).
17 Figura 2.2 – Representação do ensaio de penetração do betume (Branco, F. et al., 2008)
Quanto à temperatura de amolecimento, esta é determinada através do ensaio de “anel e bola”, conforme indicado na norma NP EN 1427 (2010). O esquema do ensaio é apresentado na Figura 2.3 (Branco, F. et al., 2008).
Um betume em que a sua temperatura atinge a temperatura de amolecimento pode condicionar a estabilidade da mistura betuminosa em que está aplicado. Mas quando a temperatura de um betume atinge valores inferiores ao ponto de fragilidade (ou de rotura) de Fraass a mistura torna-se frágil e fendilha facilmente (Branco, F. et al., 2008).
O ponto de fragilidade de Fraass, é uma grandeza usada para conhecer o comportamento dos betumes a temperaturas muito baixas.
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2.3 Factores que influenciam o comportamento mecânico das misturas